專利名稱：用于流體控制系統(tǒng)的旋渦產(chǎn)生器的制作方法
技術領域：
本公開大體上涉及流體控制系統(tǒng)，更具體而言，涉及在流體控制系統(tǒng)的 停滯區(qū)域中產(chǎn)生流體旋渦的方法和裝置。
背景技術：
通常，在諸如油氣管道分布系統(tǒng)、化學加工廠和例如食物和飲料加工、 藥品加工、化妝品生產(chǎn)過程等衛(wèi)生處理過程的工業(yè)過程中，控制過程流體是 必要的。通常，例如壓力、溫度和過程流體特性等過程條件指示可用于實現(xiàn) 流體控制系統(tǒng)的閥和閥部件的類型。閥典型地具有包括入口和出口的穿過閥 體的流體通路。其他例如閥帽、閥桿或者流體控制元件等的閥部件可延伸至 該通路中。在該通路中這些部件的構造經(jīng)常形成流體停滯區(qū)域，這些停滯區(qū) 域在需要衛(wèi)生條件的流體控制系統(tǒng)中尤其產(chǎn)生問題。在停滯區(qū)域中，流體的 流速降低，并可形成氣穴，從而使微生物和其他污染物可積聚在閥和/或沿 流體流動路徑的其他區(qū)域內(nèi)。
圖1為已知的滑桿塞閥100的示例的剖^L圖。該示例性的閥100包括閥 體102，該閥體與一流體管道(未示出)相連，并在穿過閥座108與出口通 路106相連的入口通路104處接收入口流體。閥帽IIO安裝到閥體102上， 并引導閥桿114,該閥桿的一端與流動控制元件或者塞112相連。塞112設 置為可*>開地與座108接合，以控制或者調節(jié)穿過通路104、 106的流體流 動。
當塞112位于圖1中所示的位置時，閥IOO是打開的，流體沿經(jīng)過座 108的箭頭方向行進。流體還流入停滯區(qū)域116中，并無法在塞112相繼打 開和關閉的過程中充分地沖出。這樣，通常稱死區(qū)或者盲管段的停滯區(qū)域116可積聚流體、空氣、微生物，和/或其他污染物，因此，使過程流體受到 污染。
在食品加工、化妝品和生物技術產(chǎn)業(yè)中，閥、管道和其他例如通過防止 流體控制部件內(nèi)的污染物的積聚來改善衛(wèi)生條件的流體控制部件的使用是
很普遍的。 一個這樣的例子顯示于圖2中，其中，單座角閥200具有與流體 管道相連的閥體202,其在壓力下在穿過閥座208與出口通路206相連的入 口通路204處接收入口流體。閥帽210安裝到閥體202上，并引導與塞212 相連的閥桿214。隨著閥桿214在閥帽210內(nèi)滑動，塞212可松開地與座208 接合。桿密封件216和閥帽密封件218將閥帽210分別與桿214和閥體202 密封。
在圖2的設計中，閥帽密封件218和桿密封件216相對接近座208,并 在入口通路204處與閥體202的側部基本平齊。采用這種方式，閥200提供 停滯區(qū)域減小或者最小化的流體流動路徑，從而使閥200能夠使用在需要衛(wèi) 生條件的流體控制應用中。然而，圖2中所示的設計相對復雜和昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
才艮據(jù)一個示例， 一種閥包括閥體和穿過該閥體的流體通道。該流體通道 包括入口、出口和停滯區(qū)域。該閥包括在所述流體通道內(nèi)控制穿過所述通道 的流體流動的控制元件，和引導該流體通道內(nèi)的流體進入所述停滯區(qū)域中的 旋渦產(chǎn)生結構。
根據(jù)另一示例， 一種旋渦產(chǎn)生裝置包括流體連通元件，緊鄰該流體連通 元件的流體停滯區(qū)域，和與該流體連通元件相連的旋渦產(chǎn)生器。所述旋渦產(chǎn) 生器適于在流體停滯區(qū)域中產(chǎn)生至少 一 個旋渦。
根據(jù)又一示例， 一種流體連通設備包括使流體通過該流體連通設備連通 的通道、在該通道內(nèi)的停滯區(qū)域和在該通道內(nèi)的轉向結構。所述轉向結構設 置為使流體轉向至所述停滯區(qū)域中。


圖1為已知的滑桿閥的剖視圖。
圖2為可用于衛(wèi)生流體控制系統(tǒng)中的已知的角形體滑桿閥設計的剖視圖。
圖3為包括示例性旋渦產(chǎn)生器的示例性角形體滑桿閥的剖視圖。
圖4為帶有可替換示例性旋渦產(chǎn)生器的可替換示例性角形體滑桿閥的
剖視圖。
圖5為帶有另一可替換示例性旋渦產(chǎn)生器的另一可替換示例性角形體 滑桿閥的局部剖視圖。
具體實》fe方式
一般而言，在此所描述的示例性流體控制閥包括閥體，流體可通過該閥 體流經(jīng)具有入口和出口的流體通道。該流體通道可具有一個或者多個其中可 積聚流體和/或污染物的停滯區(qū)域。為了防止停滯區(qū)域的不利影響(例如， 細菌生長)和/或使所述不利影響減到最小，這里所描述的示例性流體控制 閥包括設置為引導流體進入停滯區(qū)域中的旋渦產(chǎn)生結構。
一些已知的流體控制閥采用基本上沒有停滯區(qū)域的流體通道設計。然 而，這種流體通道設計典型地增加流體閥的復雜性和制造成本。相比之下， 這里所描述的示例性流體控制閥包括旋渦產(chǎn)生結構，該旋渦產(chǎn)生結構能夠使 用相對易于制造(即，低成本)的閥設計，同時消除停滯區(qū)域的不利影響或 者使其最小化。
在一 個示例中，流體控制閥包括與閥帽整體形成的旋渦產(chǎn)生結構，和/ 或包括位于閥內(nèi)任何停滯區(qū)域上游并緊鄰該停滯區(qū)域的旋渦產(chǎn)生結構。在另 一示例中，流體控制閥將旋渦產(chǎn)生結構應用在管道的緊鄰閥入口的部分中， 以對進入的流體施加充分的流體擾動，從而促進閥內(nèi)任何停滯區(qū)域的沖洗。
圖3為包括示例性旋渦產(chǎn)生器301的已知的角形體滑桿閥300的剖碎見 圖。如圖3所示，示例性的閥300包4舌與流體管道或者類似的流體連通元件相連的閥體302，該閥體在壓力下在穿過閥座308與出口通路306相連的入 口通路304處接收入口流體。閥帽310安裝到閥體302上，并包括延伸件 312,該延伸件延伸到通路304中，并終止于圍繞該延伸件312底部的法蘭 形結構314。在圖3的示例中，法蘭形結構314具有斜坡形截面。然而，法 蘭形結構314也可具有曲線形截面。
閥桿316穿過閥帽310的中心部分延伸，其一端設置為可操作地與一致 動器(未示出)相連，另一端與塞318或者其他適于允許和/或阻止流體穿 過閥300流動的流體控制元件相連。桿316軸向可滑動地處于閥帽310內(nèi)， 并經(jīng)由桿密封件320與閥帽310密封。閥帽310進一步經(jīng)由閥帽密封件322 與閥體302密封。密封件320和322可為0型圈或者其他分別圍繞桿316 和閥帽310的適合的密封結構，以防止過程流體從閥300泄漏或者滲出。
塞318適于與閥座308軸向接合，并控制經(jīng)由通路304和306通過閥 300的流體流動。在圖3中所示的位置，塞318與閥座308相接觸，閥300 是關閉的，即過程流體將不會從入口通路304穿過閥300流至出口通路306。 當閥桿316上升時，塞318從座308升起，以使流體能夠流經(jīng)閥座308，并 向出口通路306流動，即閥300是打開的。
在打開位置或者關閉位置，包括液體和氣體的過程流體可積聚在盲管段 或者停滯區(qū)域324中，所述盲管段或者停滯區(qū)域為在延伸件312上部附近圍 繞閥帽310的流體停滯區(qū)域。然而，法蘭314改變流體在通路304和306中 的流動，如示例性流體流動箭頭350所示。具體而言，穿過入口通路304流 動的流體沖擊法蘭314,這使一些流體轉向或者引導一些流體進入停滯區(qū)域 324中，以在其中形成旋渦或者漩渦。換句話說，法蘭314用作引起水躍的 下游流動障礙物，其因擾動或者旋渦而消散能量。擾動或者旋渦通過使流體 較少停滯來清除停滯區(qū)域324,這會驅散或者消除氣穴，并清除微生物、流 體和/或任何其他積聚在其中的污染物。
通常，不希望在過程流體系統(tǒng)中形成旋渦、漩渦或者其他擾動，原因在 于這種擾動被認為會使效率降低(即旋渦、漩渦、擾動等往往增大流動阻力)。眾所周知，直邊的閥帽效率相對較高，并提供相對較低的流動系數(shù)或者流動件。
如以上關于示例性的閥300的描述，法蘭314用作旋渦產(chǎn)生器，其在停 滯區(qū)域324中形成旋渦、凝渦或者擾動，驅除氣體(例如空氣)或者其他停 滯流體，并形成防止微生物(例如細菌或者其他污染物)積聚和附著的流體 速度。這樣，法蘭314使至少一些經(jīng)由通路304和306通過閥300的流體以 清洗停滯區(qū)域324的方式被轉向或者引導。
旋渦產(chǎn)生器301可用于促進和/或改善原地清洗(CIP)、原地熱水 (HWIP)、原地蒸汽(SIP)和/或其他眾所周知的清洗過程。例如，旋渦 產(chǎn)生器301可用于引導清洗用化學制劑、熱水和/或蒸汽進入如上所述的停 滯區(qū)域324中。當用于CIP系統(tǒng)時，旋渦產(chǎn)生器301通過在清洗劑清洗閥 300的內(nèi)表面之后采用較少的沖洗水來增加清洗過程的效率?？商鎿Q地或者 另外，清洗過程可僅使用熱水實現(xiàn)，或者僅使用隨后有熱水的腐蝕性物質來 代替隨后有蒸汽的腐蝕性物質而實現(xiàn)。在任何情況下，圖3中的旋渦產(chǎn)生器 301通過采用較少的步驟和/或較少的清洗物質而使清洗過程簡化，從而可極 大減少與清洗流體控制系統(tǒng)相關的成本。
在圖3的示例性閥中，法蘭314具有角形或者斜坡形截面。然而，可利 用其他形狀或者配置來產(chǎn)生停滯區(qū)域324中的旋渦。例如，法蘭314可采用 與延伸件312和/或閥帽310整體形成的曲面形結構?？商鎿Q地或者另外， 法蘭314或者其他旋渦產(chǎn)生結構可為與延伸件312和/或閥帽310相連的單 獨部件。
而且，旋渦產(chǎn)生器301可用在流體控制系統(tǒng)中的其他部件上。例如，示 例性旋渦產(chǎn)生器301可與過程液流中的T型安裝傳感器(例如溫度探針)一 同使用。安裝在管道頂部的溫度探針可在過程液流的鄰近區(qū)域中形成盲管 段。將傳感器與例如示例性旋渦產(chǎn)生器301等的旋渦產(chǎn)生器相連可減少盲管 段中的停滯，并以類似于如上所述的方式改善衛(wèi)生條件。在圖4所示的可替換實施例中，滑桿閥400既沒有如關于圖3的示例性
閥所描述的延伸件也沒有其法蘭。在圖4的實施例中，旋渦產(chǎn)生結構包括與 鄰近入口通路404的管道460相連的靜態(tài)推進器455。推進器455具有與葉 片458相連的中心轂456。轂456由環(huán)形結構459支撐，該環(huán)形結構459使 靜態(tài)推進器455可與管道460相連。在可替換實施例中，推進器455也可作
在圖4的示例中，推進器455被固定，從而其不會旋轉或者相對于管道 460旋轉。隨著水的流線或者流管經(jīng)過推進器455,葉片458的形狀使流體 形成旋渦，如箭頭450所示。推進器455在其中完整的層流邊界層已經(jīng)在管 壁處形成的長管道中尤其有用。由推進器455引起的旋渦減小在管道460的 壁附近形成的邊界層，并清除停滯區(qū)域424和/或其他污染物。盡管本示例 的推進器455具有四個葉片458，但是推進器455可具有其他任意數(shù)目的葉 片。
單獨的葉片可代替推進器455或者與其共同使用，在不帶有轂456的情 況下連接至管道460內(nèi)部。連接至管道460并縱向分開一定距離的這種單獨 的葉片，在流體中施加旋渦，同時使流體流動阻力最小化。所述單獨葉片的 數(shù)目和布置允許流體流動阻力之間的交換，同時使流體相對于管道460的軸 線旋轉，以引導流體進入停滯區(qū)域424中。如圖3中所示示例的法蘭314 — 樣，推進器455或者本示例的單獨葉片通過防止與過程流體共同正常工作的 污染物的積聚，來促進或者改善停滯區(qū)域424的清洗。而且，本示例使清洗 流體和/或熱水轉向至停滯區(qū)域424中，從而改善CIP、 HWIP、 SIP和/或其 他清洗過程的效率。
另外，示例性推進器455也可用于流體控制系統(tǒng)的其他領域。例如，在 例如衛(wèi)生系統(tǒng)的流體控制系統(tǒng)中，層流邊界層可形成在管道的長直行程中。 在該邊界層中，由速度引起的剪切力足夠低而使例如細菌生長這樣的污染物 得以積聚。將推進器455或者其他旋渦產(chǎn)生結構定位在直行程中可在整個液 流中甚至沿管壁產(chǎn)生渦流擾動，這幫助破壞邊界層，從而清除污染物。不僅這種配置能夠以低速有效地清洗，而且該旋渦產(chǎn)生結構還可比現(xiàn)有的管路速 度更好地清洗管道。
在圖5所示的可替換實施例中，滑桿閥500具有閥帽510,該閥帽包括
例如螺旋槽565這樣的旋渦產(chǎn)生螺旋結構。槽565可整體形成在閥帽510的 延伸到通路504和506中的部分上，并圍繞閥帽510的下部延伸，以J吏流體 流動轉向至停滯區(qū)域524中。至少一些穿過閥500流動的流體沖擊在閥帽 510上，并與螺旋槽565接合，以使流體繞閥帽510旋轉，這導致至少一些 流體被引導至停滯區(qū)域524中，如箭頭550所示。另外，螺旋槽565可沿閥 帽510的全長或者只沿其一部分延伸。而且，螺旋槽565的幾何結構可包括 全部和/或部分的螺旋形。如同以上關于其他示例性旋渦產(chǎn)生器和流體轉向 結構的描述，螺旋槽565可用于幫助CIP、 HWIP、 SIP和/或其他任何清洗 過程。
在另 一可替換實施例中，螺旋結構包括代替圖5的螺旋槽565的螺旋脊。 這種圍繞閥帽外部形成的螺旋脊可進一步包括傾斜，曲線形和/或斜坡形的 截面。沖擊該脊的流體被轉向至停滯區(qū)域524中。
由于減少和/或防止盲管段或者其他停滯區(qū)域中的流體停滯，示例性旋 渦產(chǎn)生結構可用于減少在流體連通系統(tǒng)中執(zhí)行的清洗過程的需要。這種流體 停滯的減少和/或防止改進衛(wèi)生條件，并減少過程流體中污染物的出現(xiàn)。例 如，在流體停滯區(qū)域中增加的擾動減少或者消除有利于細菌生長的條件，從 而減少在流體分布或者控制系統(tǒng)中必須執(zhí)行的清洗過程的頻率。清洗需求的 減小使包括與流體處理系統(tǒng)停工期相關的成本的清洗成本減小。
而且，示例性旋渦產(chǎn)生結構使清洗過程(例如CIP 、 HWIP 、 SIP等)能 夠通過引導或者轉向清洗用化學制劑、蒸汽和/或熱水至停滯區(qū)域中而更為 高效地進行。增大的清洗操作的效率可減小化學制劑的量和/或進行清洗過 程所需的能量。
此外，示例性旋渦產(chǎn)生結構可連接至閥、管道或者其他流體或物質連通 元件或者設備的其他結構或部件或者形成在其中。例如，閥或管道中的溫度傳感器或者其他傳感器可與斜坡形、曲面形或者螺旋形結構，例如以上關于 圖3所描述的示例相配合，以引導流體進入停滯區(qū)域中。另外，在此所描述
的示例性旋渦產(chǎn)生結構可用在T型接頭、Y型接頭和/或管道或容器的入口
和出口處。
盡管在這里描述了制造的某些示例性方法、裝置和產(chǎn)品，但是本專利所 覆蓋的范圍并不限于此。相反，本專利包括在字面或者等同原則下所附權利 要求范圍內(nèi)的所有制造方法、裝置和產(chǎn)品。
1權利要求
1、 一種閥，包括 閥體；穿過所述閥體的流體通道，該流體通道包括入口、出口和停滯區(qū)域； 在所述流體通道內(nèi)的控制元件，用于控制穿過所述通道的流體流動；和 旋渦產(chǎn)生結構，用于將所述流體通道內(nèi)的流體引導至所述停滯區(qū)域中。
2、 如權利要求1所述的閥，其中所述旋渦產(chǎn)生結構適于減少所述閥中 的流體停滯。
3、 如權利要求l所述的閥，其中所述旋渦產(chǎn)生結構適于減少所述閥中 氣穴的積聚。
4、 如權利要求l所述的閥，其中所述旋渦產(chǎn)生結構適于減少所述閥中 污染物的積聚。
5、 如權利要求l所述的閥，進一步包括 在所述流體通道內(nèi)的閥座；和從所述閥體伸出的閥帽，該閥帽包括軸向可滑動地位于該閥帽內(nèi)的閥 桿，該閥桿的第一端設置為可操作地與一致動器相連，該閥桿的第二端設置 為與所述控制元件相連，該控制元件適于與所述閥座軸向接合。
6、 如權利要求5所述的閥，其中所述控制元件包括塞。
7、 如權利要求5所述的閥，其中所述旋渦產(chǎn)生結構固定到所述閥帽上。
8、 如權利要求5所述的閥，其中所述旋渦產(chǎn)生結構與所述閥帽整體形成。
9、 如權利要求5所述的閥，其中所述旋渦產(chǎn)生結構包括在所述閥帽的 一部分上的至少 一 個螺旋形結構。
10、 如權利要求l所述的閥，其中所述旋渦產(chǎn)生結構的至少一部分具有 斜坡形截面。
11、 如權利要求l所述的閥，其中所述旋渦產(chǎn)生結構的至少一部分為曲面形。
12、 如權利要求l所述的閥，其中所述旋渦產(chǎn)生結構包括推進器。
13、 一種旋渦產(chǎn)生裝置，包括 流體連通元件；緊鄰所述流體連通元件的流體停滯區(qū)域；和與所述流體連通元件相連并適于在所述流體停滯區(qū)域中產(chǎn)生至少一個 旋渦的旋渦產(chǎn)生器。
14、 如權利要求13所述的旋渦產(chǎn)生裝置，其中所述流體連通元件包括閥。
15、 如權利要求13所述的旋渦產(chǎn)生裝置，其中所述流體連通元件包括管道。
16、 如權利要求13所述的旋渦產(chǎn)生裝置，其中所述旋渦產(chǎn)生器包括在 所述流體連通元件上的突起。
17、 如權利要求16所述的旋渦產(chǎn)生裝置，其中所述突起的至少一部分 具有斜坡形截面。
18、 如權利要求16所述的旋渦產(chǎn)生裝置，其中所述突起與所述連通元 件整體形成。
19、 如權利要求16所述的旋渦產(chǎn)生裝置，其中所述突起的至少一部分為曲面形。
20、 如權利要求13所述的旋渦產(chǎn)生裝置，其中所述旋渦產(chǎn)生器包括在 所述連通元件的 一部分上的至少 一個螺旋形結構。
21、 如權利要求13所述的旋渦產(chǎn)生裝置，其中所述旋渦產(chǎn)生器包括推進器。
22、 一種流體連通設備，包括 用于穿過該流體連通設備連通流體的通道； 在所述通道內(nèi)的停滯區(qū)域；和在所述通道內(nèi)并設置為使流體轉向至所述停滯區(qū)域中的轉向結構。
23、 如權利要求22所述的流體連通設備，其中所述通道與一閥相連。
24、 如權利要求22所述的流體連通設備，其中所述通道與一管道相連。
25、 如權利要求22所述的流體連通設備，其中所述轉向結構的至少一 部分為斜坡形。
26、 如權利要求22所述的流體連通設備，其中所述轉向結構的至少一 部分為曲面形。
27、 如權利要求22所述的流體連通設備，其中所述轉向結構包括推進器。
28、 如權利要求22所述的流體連通設備，其中所述轉向結構包括至少 一個螺旋形結構。
全文摘要
一種示例性的閥，包括閥體(302)和穿過該閥體的流體通道。所述流體通道包括入口(304)、出口(306)和停滯區(qū)域(324)。該閥包括在所述流體通道內(nèi)用以控制通過該通道的流體流動的控制元件(316，318)，和用以引導該流體通道內(nèi)的流體進入所述停滯區(qū)域(324)中的旋渦產(chǎn)生結構(314)。
文檔編號F16K47/06GK101313165SQ200680044018
公開日2008年11月26日 申請日期2006年10月5日 優(yōu)先權日2005年11月23日
發(fā)明者約瑟夫·邁克爾·布爾克 申請人:費希爾控制產(chǎn)品國際有限公司